Tekhnologiya_sborki_integralnyh_skhem

Метод герметизации полупроводниковых приборов и микросхем заливкой отличается простотой, не требует значительных затрат, так как используются довольно простое оборудование для дозирования компаунда и дешевые заливочные формы. Кроме того, при герметизации микросхем (особенно гибридных) свободная заливка компаунда без давления снижает возможность обрывов электродных выводов (30–50 мкм). Недостатки этого метода связаны с применением заливочных компаундов и относительно невысокой производительностью.

230

8. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ СБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

8.1. Характеристика заключительных операций

Заключительные операции сборочного производства выполняются после того, как загерметизированный прибор или микросхема прошли весь комплекс технологических испытаний и измерений, т. е. прибор фактически изготовлен и может быть отправлен потребителям. Но собранный и загерметизированный прибор, особенно корпус и выводы, необходимо защитить от внешних воздействий, отмаркировать и подготовить выводы, если это необходимо, для пайки в аппаратуре.

К заключительным операциям полупроводникового производства обычно относят окраску, лакировку, маркировку, лужение и рихтовку выводов, нанесение защитных покрытий на микросхемы или полупроводниковыеприборы гальваническимметодом, упаковку изделий.

Для защиты приборов и микросхем от внешних воздействий при эксплуатации в различных условиях применяют окраску и (или) лакировку корпусов приборов и лужение горячим способом, а также гальванические покрытия всей конструкции приборов. Наиболее часто собранные приборы покрывают сплавом олово-висмут. Разработанные электролиты позволяют получать плотные светло-серые осадки с содержанием висмута до 5 %. Коррозионная стойкость осажденного сплава незначительно отличается от коррозионной стойкости олова.

Для защиты приборов, работающих в жестких климатических условиях, применяют сплавы олово-никель и олово-кадмий.

Луженые и золоченые выводы полупроводниковых приборов и микросхем хорошо смачиваются припоем и хорошо паяются при монтаже в аппаратуре, что является необходимым требованием

кконструкциям приборов и микросхем.

Взависимости от специфических особенностей работы прибора и конструкции иногда защиту металлических деталей от внешних воздействий и обеспечение требований надежного контакта проводят при изготовлении деталей корпусов, т. е. до сборки приборов. Например, металлические детали многих СВЧ-диодов покрывают тонким слоем золота.

231

Для защиты от коррозии основного металла золотые покрытия должны быть практически непористыми или иметь толщину порядка 12–15 мкм. Пористость золотых покрытий зависит как от толщины слоя, так и от характера основы или подложки, методов нанесения золота и электролитов.

Маркируют полупроводниковые приборы и микросхемы для обозначения типа приборов и микросхем, даты изготовления, товарного знака завода-изготовителя и знака (клейма) отдела технического контроля, подтверждающего годность данных изделий.

Окрашенные и отмаркированные приборы и микросхемы помещают в специальную упаковочную тару, которая обеспечивает сохранность изделий от механических повреждений при транспортировке. Обычно приборы и микросхемы упаковывают в пластмассовые или картонные коробки, разложив их в специальные вкладыши (укладки), где каждое изделие помещено в отдельное гнездо, чтобы не было перемещений. На рис. 8.1 изображен полиэтиленовый вкладыш с загруженными микросхемами. При упаковке между крышкой и вкладышем прокладывают гофрированный картон или поролон. Коробки с приборами закрывают крышками и оклеивают бандеролями, на которых обозначены тип приборов и их количество. Полупроводниковые приборы малых габаритов укладывают в полиэтиленовые ленты, состоящие из отдельных карманов, которые завариваются на сварочной машине для пластмасс.

Рис. 8.1. Полиэтиленовый вкладыш с загруженной микросхемой: 1 – вкладыш; 2 – микросхема

8.2. Окраска, лакировка и маркировка

Окраска. Операция окраски полупроводниковых приборов и микросхем является одной из основных заключительных операций полупроводникового производства.

232

Окрашивают микросхемы и полупроводниковые приборы для защиты корпусов от внешних воздействий, в первую очередь от коррозии и от воздействия светового излучения, которое вызывает появление дополнительных носителей тока в структурах и может изменить нормальный режим работы изделия. Кроме того, окраска применяется для приданияполупроводниковым изделиям хорошего внешнего вида.

Выбор лакокрасочных материалов для покрытия корпусов определяется прежде всего:

–условиями эксплуатации полупроводниковых приборов и микросхем (умеренный или тропический климат, температура окружающей среды и пр.);

–максимальной температурой, до которой можно нагревать полупроводниковые устройства при сушке лакокрасочных покрытий;

–требованиями, предъявляемыми к внешнему виду окрашиваемых изделий;

–материалом поверхности, подлежащей покрытию.

Сами лакокрасочные покрытия должны обладать удовлетворительной механической прочностью и высокими адгезионными свойствами к покрываемому материалу корпусов (никелю, ковару, стеклу, стали, латуни, олову), минимальной влагопоглощаемостью, высокой влагостойкостью, светонепроницаемостью, хорошими электроизоляционными свойствами, теплостойкостью и морозостойкостью; жизнеспособность лакокрасочного материала после добавления отвердителя не должна быть кратковременной, т. е. жизнеспособность должна быть в пределах необходимого времени длятехнологических операций.

Сущность технологического процесса окраски заключается в нанесении тонкого слоя краски (или грунта, а затем краски) на корпус полупроводникового прибора или микросхемыс последующей сушкой.

Основными лакокрасочными материалами являются грунты ФЛ-ОЗКК и ФЛ-ОЗК и эмали ПФ-163, ЭЭ-341-1, ЭП-716, ЭП-933,

ЭП-288, НЦ-11.

Грунты ФЛ-ОЗК и ФЛ-ОЗКК имеют фенолформальдегидную основу, растворителем ее является ксилол или сольвент каменноугольный, или смесь уайт-спирита с ксилолом или сольвентом в соотношении 1 : 1; рабочая вязкость по ВЗ-4 при 20 °С составляет 18–20 с; грунт ФЛ-ОЗК коричневого, а ФЛ-ОЗКК – красно-корич- невого цвета. Основные свойства некоторых эмалей приведены в табл. 8.1.

233

Таблица 8.1

Основные свойства эмалей дляокраски корпусов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Примечание. ЭЭ-341-1 – термостойкое покрытие, влагопоглащаемость низкая, влагостойкость высокая (после 24-часового пребывания в воде оно не изменяется). Эмаль наносят без грунта по стали, ковару, никелированным поверхностям, стеклу, олову окунанием и кистью. ЭП-716 – влаго- и атмосферостойкое покрытие, устойчиво при эксплуатации в условиях сухого тропического климата; пленки механически прочны и достаточно эластичные, обладают хорошей адгезией, твердостью; наносят по грунту распылением. НЦ-11 – атмосферостойкое покрытие, устойчиво к периодическому воздействию минерального масла, бензина и воды при нормальной температуре. Пленки горючие, глянцевые, обладают высокой декоративностью. НЦ-11 стойко к одновременному воздействию тропической влажности и повышенной температуры (тропическийклимат); наносятпогрунтураспылением, окунанием, кистью.

Технологический процесс окраски полупроводниковых приборов и микросхем включает в себя подготовку деталей к окраске (обезжиривание, промывка), процесс грунтования, окраску, сушку и контроль качества окрашенной поверхности.

Перед окраской поверхность корпусов изделия тщательно обезжиривают в органических растворителях: обычно или кипятят в четыреххлористом углероде в течение 10–15 мин, или промывают в толуоле или ацетоне. Сушку производят в вытяжном шкафу до полного удаления растворителя.

234

Как уже указывалось выше, в полупроводниковой промышленности применяют в основном два вида грунтов: ФЛ-ОЗК и ФЛ-ОЗКК; перед употреблением в них добавляют 5 % нефтяного сиккатива № 63 или № 64. Приборы и микросхемы, покрытые грунтами, сушат в сушильных шкафах или сушильных установках при температуре 100–150 °С в течение 0,5–2 ч в зависимости от материала поверхности корпусов, на которую накладываются грунты. Отдельные типы полупроводниковых приборов и микросхем подвергают окраске без предварительного грунтования.

Существует много различных способов окраски полупроводниковых приборов и микросхем, основные из них – окунание, струйное обливание, пульверизация и окраска кистью.

Наиболее простым является способ окраски корпусов кистью. Для примера рассмотрим подробно технологический процесс окраски эмалью ПФ-163 выпрямительных диодов общего назначения. Рабочий раствор эмали перед применением тщательно размешивают и разливают в тару. На этой операции применяют небольшие электродвигатели, которые устанавливают на рабочем столе с вытяжкой. На валу якоря электродвигателя приспособлена цанга для крепления выводов окрашиваемых приборов (в данном случае диодов). Диод, подлежащий окраске, вставляют в цангу и включают электродвигатель. Кисточкой, смоченной эмалью, окрашивают вращающийся диод. Затем его вынимают из цанги и устанавливают на специальную подставку, на которой вся партия окрашенных приборов отправляется на сушку. Рабочий раствор эмали во время работы тщательно перемешивают стеклянной палочкой; загустевший раствор эмали необходимо разбавить ксилолом.

Для окраски методом окунания применяют специальные приспособления (рис. 8.2). Шпиндель 2 приводится во вращение электродвигателем. Полупроводниковые приборы (транзисторы) 5, подлежащие окраске, помещают в многоместной кассете 3, которая специальным устройством закрепляется на шпинделе станка. Кассету с приборами окунают в краску, приподнимая сосуд 4 с краской, затем включают шпиндель. При вращении шпинделя лишняя краска удаляется с приборов. Через определенное время кассету останавливают, сосуд 4 с краской опускают на стол, а кассету с окрашенными приборами снимают со шпинделя и передают на сушку.

235

Рис. 8.2. Окраска приборов и микросхем методом окунания:

1 – электродвигатель; 2 – шпиндель; 3 – многоместная кассета с закрепленными приборами; 4 – сосуд с краской; 5 – окрашенные приборы

Метод струйного обливания использован в основном в автоматах покраски. Окраска производится за счет струйного обливания эмалью из штуцера при движении диодов на транспортной цепи. Краска перекачивается насосом. Излишки краски стекают в воронку. Окрашенные приборы поступают на следующую операцию – сушку.

Недостатком струйного обливания является возможность образования подтеков и наплывов. Для снятия лишней краски изделия «обкатывают», пропускают через туннели с парами растворителя, последние задерживают улетучивание растворителей из нанесенного слоя и позволяют избежать преждевременного загустения лакокрасочного материала.

Широко применяется и метод пульверизации – окрашивание изделий с помощью ручных или автоматических листолетообразных краскораспылителей. Этим высокопроизводительным методом можно окрашивать полупроводниковые приборы и микросхемы в корпусах различной формы. Окрашивают изделия в специальной камере, оборудованной внешней вентиляцией. Изделия помещают в кассету, которая удерживает их и защищает места, неподлежащие окраске.

Недостатками метода являются большие потери лакокрасочного материала (до 50 %) на распыление в окружающем воздухе («туманообразования») и тяжелые условия работы. Окрашенные изделия сушат в сушильных шкафах или в установках инфракрасной сушки,

236

которые представляют собой туннельные конвейерные печи. Режим сушки окрашенных изделий выбирают в зависимости от типов полупроводниковых изделий и материалов корпусов, термостойкости их узлов и типа эмали. Температура сушки 60–150 °С, время 0,5–4 ч.

После окраски и сушки изделия подвергают 100%-му контролю по внешнему виду. Лакокрасочное покрытие на изделии должно быть равномерно распределено, без потеков, больших наплывов и морщин. Не допускается на изделиях непрокрашенных мест, трещин, отслаивающейся краски, царапин, пузырей, вздутий и посторонних включений под слоем краски.

Изделия, забракованные при контроле качества окраски, отдают на перекраску, предварительно сняв с них лакокрасочное покрытие.

Свеженанесенную эмаль или грунт рекомендуется снимать растворителем подлежащего смывке лакокрасочного покрытия. Снятие высушенного покрытия эмали или грунта рекомендуется производить при помощи специальных смывок или смеси органических растворителей. Так, например, лакокрасочное покрытие с диодов, окрашенных эмалью ПФ-163, снимают смесью толуола, этилцеллозольва, аммиака в соотношении 1 : 1 : 0,25. После удаления покрытия приборы промывают под сильной струей воды, ополаскивают четыреххлористым углеродом и сушат.

Маркировка. Технологический процесс маркировки полупроводниковых приборов и микросхем с помощью красок состоит из операций нанесения маркировочных знаков на корпуса приборов и последующей сушки нанесенного клейма. Пример маркировки интегральной микросхемы приведен на рис. 8.3.

а

б

Рис. 8.3. Пример маркировки микросхемы:

а – развертка; б – пример шифра; 1 – шифр микросхемы; 2 – товарный знак; 3 – месяц и год изготовления

237

Маркировку на полупроводниковые приборы и микросхемы наносят печатным способом ручными приспособлениями, а также на автоматах и полуавтоматах в зависимости от количества изготовляемых приборов, размера шрифта, маркировочных знаков, конструкции и размера корпусов.

Маркировочные краски должны обладать хорошими печатными

ипишущими свойствами, обеспечивающими укрывистость и четкость маркировки, и должны иметь хорошую адгезию к маркируемой поверхности. У отдельных полупроводниковых приборов, имеющих очень малые габариты, не представляется возможным отмаркировать корпус. В этих случаях маркировочные знаки проставляют на бумажных этикетках, которые при упаковке вкладывают в одну ячейку с прибором.

На полупроводниковых приборах и микросхемах в пластмассовых корпусах маркировочные знаки получаются при отливке их, так как в гнездах заливочных форм или форм для опрессовки выбиты необходимые маркировочные знаки. В интегральных микросхемах

иполупроводниковых приборах применяют маркировочные краски БМ, ЧМ, СН, КН, ЭП-572, МА-514 и др.

Технология нанесения маркировочных знаков проста. Ее используют в механизированных приспособлениях и автоматах маркировки. Клише с маркировочными знаками вставляют в рамку маркировочной машинки и, приводя в движение резиновые валики, наносят на клише краску. Клише прижимается к резиновой подушке и на ней получают четкий отпечаток обратного изображения. Корпус прибора прижимают к резиновой подушке и тем самым переносят на него изображение маркировки.

Вслучае маркировки цилиндрической поверхности корпус прибора необходимо прокатать по отпечатку клише, отмаркированные изделия сушат, соблюдая режим, соответствующий технологической документации. Маркировочные обозначения после полного высыхания краски должны быть механически прочными, не должны стираться, растрескиваться и отслаиваться. Не допускаются просветы по толщине отпечатка, разрывы.

Если маркировочные обозначения не удовлетворяют предъявленным к ним требованиям, то свеженанесенные обозначения необходимо стереть чистой сухой или смоченной в спирте тканью, а высохшие обозначения смыть ацетоном (если они нанесены непосред-

238

ственно на металлические или на стеклянные поверхности) или специальными составами из смеси органических растворителей (если маркировка производилась по лакокрасочному покрытию). В последнем случае вместе с маркировкой снимается лакокрасочное покрытие, после этого изделия повторно красят и маркируют.

Лакировка. Назначение лакировки в основном то же, что и окраски, т. е. защита корпусов полупроводниковых приборов от коррозии; кроме того, лаковой пленкой закрывают маркировочные знаки для повышения стойкости маркировки. Лакируют как окрашенные корпуса приборов и микросхем, так и неокрашенные.

Вполупроводниковой промышленности для лакирования наибольшее распространение получил лак УР-231. Он представляет собой раствор алкидноэпоксидной смолы Э-30 в органических растворителях. Выпускается в виде двух компонентов: полуфабриката УР-231

и70%-го раствора уретана в циклогексаноне. Компоненты смешивают непосредственно перед употреблением. Лак наносят тонким слоем на твердую поверхность корпусов приборов или микросхем. Растворитель улетучивается при сушке, а лаковая поверхность затвердевает, образуямеханическипрочную, гладкую, блестящую пленку.

Полупроводниковые приборы и микросхемы, покрытые лаком УР-231, могут работать в условиях тропического климата. Для дополнительной защиты маркировки применяют также эпоксидный лак Э-4100.

8.3.Лужение выводов горячим способом

Вполупроводниковом производстве применяют два способа облуживания выводов: погружением и волной припоя. Для лужения выводов обычно употребляют в полупроводниковой промышленности свинцово-оловянистые припои. В качестве флюсов используют спиртовой или скипидарный раствор канифоли или раствор хлористого цинка.

Наиболее распространенным способом облуживания выводов является погружение в ванну с припоем. Процесс может быть ручным и автоматизированным. Предварительно отфлюсованные выводы транзисторов, диодов или микросхем медленно погружают в припои и через небольшой промежуток времени вынимают из него. Преимуществом данного способа облуживания является то, что

239